【正文】 單片機數(shù)字頻率計設計方案第1章 整體框架本系統(tǒng)設計制作一個基于單片機的頻率計。能實現(xiàn)以下幾種功能：（1）能夠對1HZ對10MHZ正弦波、三角波、方波信號等周期信號的頻率進行測量。（2）系統(tǒng)能夠把測量信號的頻率顯示在液晶屏幕上。（3）系統(tǒng)能夠把測量信號的周期顯示在液晶屏幕上。在電子測量領域中，頻率測量的精確度是最高的。因此，在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。國際上數(shù)字頻率計的分類很多。按功能分類，因計數(shù)式頻率計的測量功能很多，用途很廣。所以根據(jù)儀器具有的功能，電子計數(shù)器有通用和專用之分。一、通用型計數(shù)器：通用型計數(shù)器是一種具有多種測量功能、多種用途的萬能計數(shù)器。它可測量頻率、周期、多周期平均值、時間間隔、累加計數(shù)、計時等；若配上相應插件，就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當?shù)膫鞲衅?，還可進行長度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測量。二、專用計數(shù)器：專用計數(shù)器指專門用來測量某種單一功能的計數(shù)器。如頻率計數(shù)器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計數(shù)器，是以測量時間為基礎的計數(shù)器，其測時分辨力和準確度很高，可達ns數(shù)量級；特種計數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計數(shù)器、閾值計數(shù)器、差值計數(shù)器、倒數(shù)計數(shù)器等，用于工業(yè)和自控技術等方面。數(shù)字頻率計按頻段分類：①低速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率＜10MHz；②中速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率10—100MHz；③高速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率＞100MHz；④微波頻率計數(shù)器：測頻范圍1—80GHz或更高。由于大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術、數(shù)據(jù)通信技術與單片機技術的結合，數(shù)字頻率計發(fā)展進入了智能化和微型化的新階段。其功能進一步擴大，除了測量頻率、頻率比、周期、時間、相位、相位差等基本功能外，還具有自撿、自校、自診斷、數(shù)理統(tǒng)計、計算方均根值、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信等功能?？梢姡l率計是很有工業(yè)價值的。本作品即為一個基于單片機的數(shù)字頻率計，它通74HC390芯片進行分頻，克服了單片機難以處理高頻信號的困難，并使用LCD1602液晶顯示進行顯示。 1第2章 設計方案第2章 設計方案根據(jù)所要實現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模塊、時鐘模塊、溫度檢測模塊，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進行討論。主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時驅動液晶顯示相關參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片機中的STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。51系列單片機最初是由Intel公司開發(fā)設計的，但后來Intel公司把51核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產(chǎn)商，譬如SST、Philip、Atmel等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以51為內核的單片機。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容51指令、并在51的基礎上擴展一些功能而內部結構是與51一致的。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。STC89C52單片機的基本組成框圖見圖21。圖21 STC89C52單片機結構圖 STC89C52單片機主要特性(CPU)。(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89系列單片機最多提供1K的RAM。(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31等。目前單片機的發(fā)展趨勢是將RAM和ROM都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST公司推出的89系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。／O接口P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。／計數(shù)器，每個定時器／計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制。為方便設計串行通信，目前的52系列單片機都會提供3個16位定時器／計數(shù)器?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只5個中斷源，例如SST89E58RD就有9個中斷源。(通用異步接收發(fā)送器)的串行I／O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。圖22 STC89C52單片機管腳圖部分引腳說明：：XTAL2(18腳)：接外部晶體和微調電容的一端；片內它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。XTAL1(19腳)：接外部晶體和微調電容的另一端；在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。,ALE,PSEN和EA：RST/VPD(9腳)：RST是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋5V電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。RST引腳的第二功能是VPD,即接入RST端，為RAM提供備用電源，以保證存儲在RAM中的信息不丟失，從而合復位后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG(30腳)：地址鎖存允許信號端。當8051上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC的1/6。CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時，ALE端也以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8031基本上是好的。ALE端的負載驅動能力為8個LS型TTL(低功耗甚高速TTL)負載。此引腳的第二功能PROG在對片內帶有4KB EPROM的8751編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。PSEN(29腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM的OE端(見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN端有效，即允許讀出EPROM／ROM中的指令碼。PSEN端同樣可驅動8個LS型TTL負載。要檢查一個8051/8031小系統(tǒng)上電后CPU能否正常到EPROM／ROM中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。EA/Vpp(31腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端／固化編程電壓輸入端。當EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內EPROM/ROM并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當PC(程序計數(shù)器)的值超過0FFFH(對8751/8051為4K)時，將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲器內的程序。當輸入信號EA引腳接低電平(接地)時，CPU只訪問外部EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。對于無片內ROM的8031或8032,需外擴EPROM，此時必須將EA引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp是對8751片內EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V～21V)的輸入端。：P0口(～，39~32腳)：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8個LS型TTL負載。當P0口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在CPU訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線。在此期間，P0口內部上拉電阻有效。P1口(～，1~8腳)：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。P1口每位能驅動4個LS型TTL負載。在P1口作為輸入口使用時，應先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。P2口(～，21~28腳)：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。P口每位能驅動4個LS型TTL負載。在訪問片外EPROM/RAM時，它輸出高8位地址。P3口(～，10~17腳)：P3口是一個帶內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。P3口每位能驅動4個LS型TTL負載。P3口與其它I/O端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。：(INT0)外部中斷0輸入。：(INT1)外部中斷1輸入。：(T0)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。：(T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。：(WR)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。：(RD)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內各中斷同時提出中斷請求時，由內部的查詢邏輯確定其響應次序。在單片機應用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。STC89C52單片機內集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 LCD液晶顯示器模塊由于本設計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關的參數(shù)進行顯示。液晶顯示器(LCD)英文全稱為Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術來實現(xiàn)色彩的顯示器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個162的字符型液晶顯示模塊。點陣圖形式液晶由M行N列個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1個字節(jié)的8